Linux系統負載均衡集群系統解決方案

一、Linux虛擬服務器簡介

基于中軟Linux的虛擬服務器（Linux Virtual Server，即LVS）是一個具有高可用性特點的負載均衡集群系統。該系統可以提供與服務器節點的數量、性能成正比的負載能力，有效提高服務的吞吐量、可靠性、冗余度、適應性，性能價格比高。同時，LVS也是利用低端設備實現高端服務器性能的有效途徑。

中軟Linux虛擬服務器（Linux Virtual Server，即LVS）是建立在一個主控服務器（director）及若干真實服務器（real-server）所組成的集群之上。real- server負責實際提供服務，主控服務器根據指定的調度算法對real-server進行控制。而集群的結構對于用戶來說是透明的，客戶端只與單個的 IP（集群系統的虛擬IP）進行通信，也就是說從客戶端的視角來看，這里只存在單個服務器。

Real-server可以提供眾多服務，如 ftp, http, dns, telnet, nntp, smtp 等。主控服務器負責對Real-Server進行控制�？蛻舳嗽谙騆VS發出服務請求時，Director會通過特定的調度算法來指定由某個Real- Server來應答請求，而客戶端只與Load Balancer的IP（即虛擬IP，VIP）進行通信。

二、優點

* 提高吞吐量：為獲得更高的吞吐量，在LVS中增加real-servers，其開銷只是線性增長；而如果我們選擇更換一臺更高性能的服務器來獲得相當的吞吐量，其開銷要大得多，而且被替換掉的舊服務器會造成資源的浪費。

* 冗余：如果LVS中某real-server由于需要升級或其它原因而停止服務，其退出以及恢復工作，并不會造成整個LVS對客戶端服務的中斷。

* 適應性：不管是需要吞吐量逐漸地變化（因日常事務量變化），還是快速地變化（因突發事務量變化），服務器數量的增減對于客戶端都是透明的。

三、結構圖

傳統的“客戶端/服務器”的關系在LVS中仍舊適用，原因在于：

* 所有服務器的IP地址都映射為一個IP（即VIP），客戶端只能看見此IP地址

* 所有服務器都認為它與客戶端是直接聯系的。

上圖一個LVS的基礎設置

四、基本原理及功能

事實上，director的主要作用類似于一個路由器，但它含有為完成LVS功能所設定的路由表。這些路由表允許director把屬于LVS設定服務的包轉發到real-servers。如果http（端口80）是LVS設定服務，那么這些包都會被director轉發，而director并不監聽 VIP：80。

director使用三種不同的轉發方法

1、VS-NAT：基于網絡地址轉換(network address translation ，NAT)

2、VS-DR ：直接路由(direct routing，DR)，包上的MAC地址被更改，然后被轉發到real-server

3、VS-Tun ：隧道(tunnelling) ，包被IPIP封裝，然后被轉發到real-server。

VS-NAT方式實現較為容易，只需要一個功能tcpip棧，缺點在于吞吐量不夠大，而且支持的real-server數有限。而VS-DR方式則吞吐量較大，并支持大量的real-server。VS-TUN方式的特點和VS-DR 相似，不過主要用于real-server分布在因特網之上的情況， real-servers對于director可以是遠程的，real-servers之間可以處于不同網段。不過，VS-DR和VS-TUN轉發方式需要對real-server的ifconfig和路由表進行修改。

LVS可以提供幾乎所有的服務（單端口和2端口服務），除了VS-DR和VS-Tun不可以提供從real-servers進行初始化連接的服務（有identd，rsh）。

Real-servers可以是相同的，提供相同的服務（如http ，ftp），文件系統保持內容上的一致，這種類型的LVS用來提高可服務客戶端數量。Real-server也可以不同，有各自不同的服務或操作系統。

五、VS-NAT（基于網絡地址轉換，network address translation ，NAT）

VS-NAT是LVS最基本的方法，如果想要設置一個用于測試的LVS，這是一個最簡單的方法。

當客戶發出請求，director會將接受到的包的目標地址重寫為某個real-server，并將其轉發到real-server。Real-server的回復會發到director，director將回復包的源地址改寫為VIP

不像VS-DR和VS-TUN，real-server只需要一個功能tcpip棧。Real-server可以是任意操作系統，在real-server上也不必做什么配置修改（除了在路由表中，需要把real-server的默認網關設為director）。

下圖為VS-NAT方式的拓補和工作流程示意圖。

六、VS-DR（直接路由，direct routing，DR）

 

Director接到來自client的請求包后，根據調度算法選擇一個real- server，解析出此real-server的MAC地址，并且向此MAC發送包含一個IP datagram的鏈路層包。Real-server收到包后，恢復IP datagram，查找路由表后發現這個VIP就在本地（設備lo：0，non-arp），移交給端口監聽器。因為Real-server收到從CIP- >VIP的包，構造回復包時就是VIP->CIP。Real-server查找路由表，并通過到client的缺省gateway發送回復�；貜筒唤涍^director。

在real-server上所需做的工作就是配置一個non-arping的lo：0設備。并且服務需要監聽VIP的相應端口。

VS-DR方式吞吐量較大，支持的real-server數量較多。

七、VS-Tun（隧道，tunnelling）

這種方式是基于VS-DR方式的，不同的只是director將包IPIP封裝，然后轉發到real-server。VS-TUN的real- servers相對于director可以遠程；而且每個real-server都可以在單獨的網絡上，但需要在路由器上做工作，允許源地址為VIP的輸出包。

配置方法和要求與VS-DR方式類似。只是需要將lo：0設備換為tunl0設備，其對應模塊為ipip。